[发明专利]一种主－从机协同作业农业机械智能导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航技术，特别涉及一种主－从机协同作业农业机械智能导航系统。

背景技术

农业机械自动导航技术是实施精细农业的关键技术之一，它具有以下优点，一是可以使农机驾驶员从单调重复、高强度的劳动中解放出来；二是可以提高作业精度；三是可提高农业资源利用率，降低生产成本，提高投入产出比；四是有利于实现农田规模化生产。美国农业部在2011年对精细农业关键技术的应用情况调查报告中，农业机械自动导航系统被排在第二位。在此调查报告中，15％-35%的玉米、大豆和冬小麦种植过程中采用了自动导航系统。在欧洲，随着农业劳动力的不断减少、劳动成本的不断增加，基于GNSS(Global Navigation Satellite System)的自动导航产品被越来越多的用于现代农业中。我国随着土地规模的不断扩大及劳动力的逐渐短缺，对农业机械自动导航系统的需求不断增加。另一方面，自动导航系统技术上虽可以代替驾驶员进行田间无人作业，但受到法律法规限制及安全因素的影响，尚不能完全取代驾驶员。在此背景下，主-从协同作业农机自动导航系统表现出更大的优越性，受到了越来越多的关注。

主-从协同作业农机自动导航系统中，通常以一台农业机械作为主，一台或多台为辅，构建复合作业系统，在未知环境中协同作业完成田间任务。由于农业生产中很多属于复合作业，在这种场合采用主-从协同作业方式，由一名农机操作人员控制多台农机共同完成复合作业任务更体现出优越性,提高了作业效率；另外，紧急情况下，主机驾驶员可以远程控制从机进行紧急制动，系统的安全性也有了很大提高，具有良好的应用前景。

在主-从结构的农业机械智能导航系统中，主机和从机均可独立实现智能导航，需要协同工作时才构建主-从结构，共同完成工作任务与独立智能导航系统相比，主-从协同作业系统除了要解决各自的定位和控制问题外，还需要解决以下关键技术问题：主-从机协同作业工作模式设计、主-从机间的通讯模式和通讯协议、从机导航动态避障等问题，从而提高导航系统的可靠性和实用性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种主－从机协同作业农业机械智能导航系统,包括1个主机、1个或多个从机，主-从机中都包括定位单元、控制单元和通信单元,工作时，由定位单元采集位置,主机和从机上都以工控机作为智能终端,用于数据的采集、分析及控制指令的发送,

主机采用半自动导航方式，从机采用全自动导航方式，

主机和从机采用无线方式进行通讯，传输的信息包括命令、状态和请求三种信号格式。

优选地，主－从机协同作业的控制模式包括命令型和跟随型两种：

命令型主－从机协同作业，从机具有路径规划和动态避障能力；

跟随型主－从机协同作业，从机具有动态避障能力;

主－从机协同作业共同完成复合作业任务。

优选地，主机在直线作业时，处于自动导航模式；在地头拐弯或遇到

障碍物时，可切换至人工操作模式。

优选地，从机在整个作业过程中，一直处于自动导航模式，或者跟随主机作业，或者按照主机的指令到达某一位置；主机可控制从机紧急制动。

优选地，采用高精度GNSS系统来导航定位，可提供厘米级的导航定位精度。

优选地，其采用的导航定位传感器包括高精度GNSS系统和激光系统，其中GNSS系统用于提供从机的绝对位置信息，激光系统在作业时用于障碍物的检测。

优选地，定位时，可接收美国GPS卫星信号，也可接收中国北斗卫星信号。

优选地，主机和从机采用WiFi802.11n协议进行数据传输。

优选地，传输的信息包括：

命令型信息，为主机向从机发送的具体动作命令；

状态型信息，为主机根据必要性，在作业过程中要求从机报告目前作业状况；

请求型信息，为主机根据从机的要求，将当时的作业状况传送给从机。

优选地，对于命令型模式，即主机发送命令信息，通知从机到达某一指定位置，从机根据此目标位置信息和当前位置及航向进行路径规划及动态避障；

对于跟随型模式，即从机跟随主机进行作业，主机与从机间保持一定的横向距离和纵向距离，从机建立跟踪路径，与主机协同工作。